CN103221612B - 一种用于清除集砂器中沉积物的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于水压式清除集砂器中沉积物的方法和系统，其中沉积物被吸入设置在集砂器底部附近的开有槽的管道（15）中。开有槽的管道（15）从连接件（16）处分支出来，在连接件处至少两根开有槽的管道在独立于开有槽的管道（15）的定向的方向上连接至公共排放管道（17），开有槽的管道（15）彼此分开成使得所述开有槽的管道可相互独立地操作并还有助于使共同的负压相互平衡。

Description

一种用于清除集砂器中沉积物的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于水压式清除集砂器中沉积物的系统和方法。

背景技术

在很多情况下人们都希望能够在不排水或不降低所覆盖的水的水位的情况下清除水下沉积的沉积物。这种情况下沉积物为颗粒状物质，例如砂砾、沙子、“淤泥”、有机颗粒物或其他颗粒物质。江河、水渠、水道或管道中的水流能够输送沉积物。如果水流速度降低，比水重的沉积物就会沉降到底部并沉积。这可能发生在与发电厂或灌溉站相连的缓冲池、入口或沉淀池中、或与处理厂相关联的水道或贮槽或水池中的集砂器中。通常都希望能够通过水或者空气来清空贮槽中的颗粒物质。下文中所有这样的沉淀池，不管其想要实现的目的如何，都用集砂器表示。

如果沉积物随着水流过发电厂的涡轮，则该沉积物就会导致过度磨损。众所周知，由于沉积物所产生的磨损，涡轮一年必须进行数次更换或维修。另外水渠或者水道可能会被沉积物充塞。因此，主要是在河流中沉积物含量较高的地带建立了一定数目的与水电站相关的集砂器。此外，在与灌溉站的进水口相关的许多位置处都希望能够分离出颗粒物中至少较粗的部分，从而使得灌溉渠不会被阻塞，或者利用盐水冲洗灌溉站以避免产生阻塞。

集砂器中沉积的沉积物包括从岩石和砂砾到极细颗粒物的物质。在水力发电站中，将会被分离的颗粒的典型的标准是0.15mm-0.5mm。

已知的清除沉积物的技术包括泄流并进行机械挖掘，或者在水位降低时冲刷沉积物，从而使经过沉积物的流速增加。这两种方法的缺陷都在于供给到例如发电站的供水会被中断。因此生产会中断，另外会产生与发电站的停止和运转相关的花费。此外，生产需求和清除沉积物之间的矛盾典型地将意味着清除将被推迟，这会导致涡轮机不必要的磨损。

其他已知技术包括通过集砂器底部的孔向下至泄流道进行冲刷。这些孔可任选地配置有关闭机构(Bieri的取得专利的系统)。这种系统的缺陷在于该系统依赖马达、传送装置和可动部件，这可能在其操作过程中导致停机。

公开号WO02088472(Jacobsen)教导了在集砂器中使用开有槽的管道，以用于以简单的方式连续清除集砂器中的沉积物。开有槽的管道以一定的间隔平行地设置在集砂器底部的凹部中，每根开有槽的管道均在集砂器的(较低)端部处或在接近该端部处连接至排放管道。该系统在高达一定尺寸的集砂器中都能很好地起作用，但需要将集砂器底部准备成沟渠的形式，以避免开有槽的管道处发生冲淡以及上述沉积物发生破坏(下文统称“冲淡”)的风险增加。在大型集砂器中，由于其长度尺寸的原因，在从集砂器的最高部分到最低部分的全部范围内获得所想要的效果存在一定问题；即，当开有槽的管道很长时，就很难在开有槽的管道中保持大体上均匀的状况。

技术目的

本发明的目的是提供一种以简单、经济、可靠且所需维护最少的方式从集砂器中清除沉积物的方法。

另外的目的是，所述方法应适用于大型的集砂器，其应能定期处理大量沉积物，优选地，清除应能够连续进行。

本发明的目的还包括能够清除具有尽可能大直径的沉积颗粒和物体。

发明内容

本发明提供了一种水压式清除集砂器中沉积物的方法，其中沉积物被吸入设置在集砂器底部附近的开有槽的管道中，开有槽的管道从连接件处分支出来，在该连接件处至少两根开有槽的管道在独立于所述开有槽的管道的定向的方向上连接至公共排放管道，并且在连接件处所述开有槽的管道以彼此相互独立地操作并还有助于使共同的负压相互平衡的方式彼此分开，其特征在于，所述开有槽的管道通过下述方式中的一种实现所述分开：

-通过物理距离以及通过使槽在距连接件一定距离处终止，

-通过开有槽的管道之间的物理隔板，

并且所述连接件中设有内分隔壁。

在一个优选的实施方式中，所述物理隔板包括设置在两个相接的开有槽的管道之间的分隔壁，从而使得两根开有槽的管道中的水流及沉积物保持相互分开地流向连接件。

在一个优选的实施方式中，相接的开有槽的管道中的水流及沉积物被连接件中被任意控制的可动的所述内分隔壁分开。

在一个优选的实施方式中，开有槽的管道成对设置，每对开有槽的管道都沿着共同的线布置并且通过t型连接件连接至公共排放管道。

在一个优选的实施方式中，开有槽的管道被用于加压管道式集砂器中。

在一个优选的实施方式中，开有槽的管道被连续操作。

在一个优选的实施方式中，当沉积物覆层达到预定高度时使用所述开有槽的管道，或者相隔一定时间间隔地使用所述开有槽的管道。

本发明还提供了一种用于水压式清除集砂器中的沉积物的开有槽的管道系统，其中沉积物被吸入设置在集砂器底部附近的开有槽的管道中，开有槽的管道从连接件处分支出来，在连接件处至少两根开有槽的管道在独立于所述开有槽的管道的定向的方向上连接至公共排放管道，并且在连接件处开有槽的管道以彼此相互独立地运行并还有助于使共同的负压力相互平衡的方式彼此分开，其特征在于，所述开有槽的管道通过下述方式中的一种实现所述分开：

-通过物理距离以及通过使槽在距连接件一定距离处终止，

-通过开有槽的管道之间的物理隔板，

并且所述连接件中设有内分隔壁。

在一个优选的实施方式中，开有槽的管道上在槽的每一侧均设置有裙部以减少冲淡风险。

在一个优选的实施方式中，沿着开有槽的管道设置有喷嘴以使粘性沉积物变松散。

在一个优选的实施方式中，所述系统包括一对在另一对后面地成列布置的若干对开有槽的管道。

在一个优选的实施方式中，所述系统包括彼此并行布置的若干对开有槽的管道，优选为通过物理隔板分隔开。

在一个优选的实施方式中，槽的尺寸沿开有槽的管道的长度而改变，集砂器中上游的槽开口大于在下游的槽开口，以对集砂器中颗粒物的尺寸分布的改变进行补偿。

在一个优选的实施方式中，连接件包括被设置成可任意控制并且可动的所述内分隔壁，该内分隔壁使相连的开有槽的管道中的水流在连接件的下游立即保持彼此分开。

在一个优选的实施方式中，所述系统包括适用于监控沉积高度的设备，还包括依据所记录的沉积高度自动启动操作以及暂停操作的可选的设备。

在一个优选的实施方式中，每对开有槽的管道中的一根管道或两根管道在靠近连接件处设置有阻流阀，以能够逐渐关闭通至连接件的开口。

本发明明显更为简单地涵盖具有开有槽的管道系统的大型集砂器，所述开有槽的管道至少成对地与公共排放管道互连。这意味着，通过使排放管道在一定区域的长边的中部而不是在所述区域的一端离开，而使得在该区域内的开有槽的管道的长度能够被缩短一半。根据所述的实施方式，还能够在两根管道之间实现水压平衡，从而使得抽吸力在任何时间点平顺分布，并且与开有槽的管道单独连接至排放管道的情况相比，能够得到更为均匀的抽吸力。

应该强调的是，正如随后将会被证明的那样，采用这种方式连接两根开有槽的管道确实不是显而易见的方法，因为这种组合可能会干扰为了使开有槽的管道实施其想要实现的任务所必须具备的精密水压条件。

因而考虑到这种情况就显得尤为重要，同样重要的是每根开有槽的管道与其他开有槽的管道充分分离，以能够在通常的水压条件下与连接至同一根排放管道的其它开有槽的管道独立地进行操作，但需要时仍允许开有槽的管道有效地相互配合。这将会在随后进行解释。

对于每根开有槽的管道，各槽的较低端之间需要有充分的距离以使得管道相互独立地运作。这样可以确保：

·排放管道可具有与开有槽的管道相同或者比开有槽的管道更大的直径从而减少堵塞的风险；

·每根排放管道都在更大的范围内工作，即各个开有槽的管道都可以更短，这又减少了冲淡的风险；

·由于开有槽的管道和排放管道中的负压相等，冲淡的风险将进一步降低。如果滑动物等临时阻塞或阻碍了流体进入其中一根开有槽的管道，那么进入另一根开有槽的管道的流量就会增加。

·在连续作业时只有槽的下游端起作用，但沉积物将仍能在较大的范围内被清除掉。

附图说明

以下将参照说明书附图对本发明做出更详细的描述，其中：

图1示出了集砂器中包括两根开有槽的管道的系统，所述两根开有槽的管道连接至公共排放管道。

图2示出了与图1不同的变形例。

图3示出了集砂器中包括8根开有槽的管道的系统，所述8根开有槽的管道成对地连接至排放管道。

图4示出了适用于本发明的开有槽的管道的一部分的透视图。

图5示出了具有分隔壁的T型连接件。

图6示出了连接至一根公共排放管道的两对开有槽的管道。

图7示出了本发明的一种特定实施方式。

具体实施方式

图1提供了两根开有槽的管道15的俯视图，所述开有槽的管道大体上沿着集砂器的长度方向l布置。开有槽的管道通常包括大体上的水平部15a(参见图2)，并且两个开有槽的管道在其上游端附近均设置有倾斜部15b，以保证开有槽的管道的上游端15c中始终无沉积物，这对于开有槽的管道的运行是重要的。集砂器的长度典型地是宽度的若干倍。所述两根开有槽的管道15通过连接件16连接至公共排放管道17。图1中所示的连接件通常被称为T型连接件。集砂器具有倾斜的侧壁12和倾斜的端壁13，所述倾斜的侧壁和倾斜的端壁有助于各管道水平部15a早期被沉积物覆置，并且有助于不需要设置额外的横向的开有槽的管道这一事实。

图2所示与图1基本相同，但是作为另外的元件，分隔壁21在开有槽的管道互相连接的位置处横跨集砂器布置，以确保开有槽的管道没有不合需要的相互影响(如前所述)。图2还示出了可以在靠近连接件处为每个开有槽的管道15设置阻流阀22，以允许逐渐减少来自一根或两根管道的流量，例如，与出现问题的开有槽的管道对的至少一根管道中的冲淡或冲淡风险相关的流量。这样的阻流阀必须容易被远程控制。本领域技术人员将理解，这样的阻流阀在没有设置分隔开所述开有槽的管道的分隔壁的图1的实施例中至少是同样适用的。

图3示出了更大型的集砂器，包括由分隔壁31彼此分隔开的右手长度部分R和左手长度部分L，分隔壁可以但不是必须与集砂器的外壁等高。在右手长度部分R中，两对开有槽的管道布置有用于每对管道的公共排放管道。相应地，左手长度部分L包括两对开有槽的管道，所述两对开有槽的管道具有用于每对开有槽的管道的公共排放管道。总共设置有4对开有槽的管道，即设有8根开有槽的管道。以这种方式，在过长以至于不能使用一对开有槽的管道覆盖集砂器的全部长度的集砂器中也能实现本发明的优势，更不必说仅使用单根开有槽的管道的情况。上述内容相应地阐释了如何在过宽的集砂器中实现本发明的优势，其中，所述集砂器对于用一根开有槽的管道从其整个宽度有效地提取沉积物而言是过宽的。

在图3中，在集砂器的长度方向上仅示出了一个隔板，但同样也可以横跨集砂器设置至少一个隔板。这种隔板的目的是减少沉积物冲淡的风险，这意味着一根或几根开有槽的管道将在它/它们的长度的全部或部分范围变得不起作用，直至积聚起新的沉积层。

另外，如果发生冲淡的话，本发明的系统可以通过暂时中断流过存在问题的开有槽的管道的所有液流来对这种状况进行补救，优选的是在每根开有槽的管道上设置阀门，从而避免在一对开有槽的管道中的两根管道中都发生停止流动的中断。

图4给出了开有槽的管道的一种特别优选的变形，其中槽41两侧由裙部42围绕，所述裙部向下延伸以使水和沉积物进入槽的输送路径Tr更长，这也有助于减少在沿着开有槽的管道的任意位置处的冲淡风险。裙部的高度可以沿着开有槽的管道的长度改变，并且在该情况下应该在下游端最高(最深)。如果发生冲淡就将意味着存在问题的那对开有槽的管道暂时将不能从冲淡位置上游的任何位置吸入颗粒。在沉积物再次连续地沿着开有槽的管道的长度覆盖该开有槽的管道之前这种状况将一直保持。沿着开有槽的管道的槽具有不连续的槽开口的形式，这便于基于合适的尺寸和材料获得具有足够强度的开有槽的管道。然而，各个槽开口可以具有与图4中所示完全不同的形式。作为示例，槽开口的长度可大于其宽度，但是总体上其尺寸应使得T型连接件和排放管道不会有被能通过槽开口进入带槽的管道的颗粒物阻塞的风险。

典型地，槽比排放管道的直径小但比沉积在集砂器中沉积的最大的颗粒物大，从而防止阻塞。

图5示出了T型连接件16的优选实施例，所述T型连接件适用于将两根开有槽的管道连接至公共排放管道(连接至图中所示的T型连接件的竖向脚)。内分隔壁52(虚线)向下游延伸至T型连接件的排放部分中的所需位置。优选地，内分隔壁52能够受控地运动，从而在需要时有差别地控制每根开有槽的管道中的水的流量。

图6是为了说明排放管道17也可以组合，典型的是成对组合，以节省管道长度的米数。这样可以使排放管道中的水流进一步加速，但通过采用直径逐渐变小的管道也可以实现相同的效果。

图7示出了本发明用于从大体上圆形的池71(或贮槽)中排放的具体实施例，其中6根开有槽的管道15以星状结构朝向连接件布置，所述连接件具有6个入口和与入口大体上垂直的排放口(向下进入纸张平面)，所述排放口将水流引入公共排放管道17。可合理地改变开有槽的管道的数目。

本发明的中心问题是连接至公共排放管道的开有槽的管道对之间的动态相互作用。通常人们会假设这种相互作用是不利的并且它会干扰使开有槽的管道沿着该开有槽的管道的整个长度持续可靠地吸入沉积物并将它们运出集砂器时所必需具备的水压条件。例如，如果其中一根管道大大提前于另一根管道完成抽吸并且在覆盖的沉积物已被清除之前短路了所述另一根管道，则就会出现这种情况。然而已经被证明，在采取了正确的预防措施的情况下，将至少两根开有槽的管道连接至公共排放管道确保了能够更加稳定地进行清除沉积物的相关操作。已经提及的重要问题是，每根开有槽的管道的长度都能被缩短这一事实。进一步的优点在于，其中一根开有槽的管道能够暂时减轻其他管道的负担从而避免可能会导致冲淡的压力脉冲。

为了保证开有槽的管道可大体上相互独立地操作，从而使得一个开有槽的管道即使在其它开有槽的管道完成抽吸时也可以继续抽吸沉积物，必须满足以下条件：1)两根开有槽的管道间必须有足够的距离，或必须采取预防措施以确保覆盖仍在运行的开有槽的管道的沉积物具有足以抗冲淡的隔板。2)在连接至公共排放管道的连接处的水流(在排放部分中)应当充分加速从而使得各个开有槽的管道中的抽吸力均得以保持。这可以通过例如借助内分隔壁52使得各个开有槽的管道的水流均保持分开一定距离来实现。此分隔壁还可以延伸到排放管道中，并且该分隔壁可以做得更厚，从而使得沿着分隔壁的水流速度增加并且使开有槽的管道中的水流彼此进一步分开。但这种方式不应被过度使用，因为这会减少两根开有槽的管道之间所期望的相互作用，即一根管道在另外一根管道部分阻塞的时候减轻所述另外一根管道的负担的能力。

还可以安装监控设备以监控沉积物覆层，并且根据监测到的沉积高度手动或自动地控制开有槽的管道的操作。这可以通过测量沉积高度的改变速率来进一步细化，并且当沉积高度快速增加时(例如在灌溉期间)变成更加快速的操作或者甚至是连续的操作。

沿着开有槽的管道可以设置冲洗喷嘴以用于使粘性沉积物或粘结有机物变松散。这种喷嘴可以永久或暂时地连接至高压水泵，所述高压水泵将在由此存在需要时运行。

槽的宽度也可以被优化以优化槽的集中度，同时获得与工作条件相一致的有效抽吸范围。

开有槽的管道被构造成具有足够的刚性，并且其基部具有足够的强度以防止该管道被所覆盖的沉积物压扁。

排放管道中的流速取决于开有槽的管道的直径、排放管道的直径、长度和驱动压差。当限定了排放长度和压力差时，开有槽的管道的直径和排放管道的直径必须做相应的调整从而使得排放管道中的流速足够高并使得大颗粒不会沉积在管道中并堵塞管道，并且是以使沉积物的浓度与排放管道的容量相适应的方式进行调整。

为了控制沉积物浓度从而使其与排放管道17的容量相对应，在某些情况下可适于在开有槽的管道的下游端为开有槽的管道供水。排放的水中沉积物的浓度将会根据所加入的水的流量而改变。

Claims (16)

1.一种水压式清除集砂器中沉积物的方法，其中沉积物被吸入设置在集砂器底部附近的开有槽的管道(15)中，开有槽的管道(15)从连接件(16)处分支出来，在该连接件处至少两根开有槽的管道在独立于所述开有槽的管道(15)的定向的方向上连接至公共排放管道(17)，并且在连接件处所述开有槽的管道(15)以彼此相互独立地操作并还有助于使共同的负压相互平衡的方式彼此分开，其特征在于，所述开有槽的管道通过下述方式中的一种实现所述分开：

-通过物理距离以及通过使槽在距连接件一定距离处终止，

-通过开有槽的管道之间的物理隔板(21，31)，

并且所述连接件(16)中设有内分隔壁(52)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理隔板包括设置在两个相接的开有槽的管道(15)之间的分隔壁(21)，从而使得两根开有槽的管道(15)中的水流及沉积物保持相互分开地流向连接件(16)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，相接的开有槽的管道(15)中的水流及沉积物被连接件(16)中被任意控制的可动的所述内分隔壁(52)分开。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，开有槽的管道(15)成对设置，每对开有槽的管道(15)都沿着共同的线布置并且通过t型连接件连接至公共排放管道(17)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，开有槽的管道(15)被用于加压管道式集砂器中。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，开有槽的管道(15)被连续操作。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当沉积物覆层达到预定高度时使用所述开有槽的管道(15)，或者相隔一定时间间隔地使用所述开有槽的管道。

8.一种用于水压式清除集砂器中的沉积物的开有槽的管道系统，其中沉积物被吸入设置在集砂器底部附近的开有槽的管道中，开有槽的管道(15)从连接件(16)处分支出来，在连接件处至少两根开有槽的管道(15)在独立于所述开有槽的管道(15)的定向的方向上连接至公共排放管道(17)，并且在连接件处开有槽的管道(15)以彼此相互独立地运行并还有助于使共同的负压力相互平衡的方式彼此分开，其特征在于，所述开有槽的管道通过下述方式中的一种实现所述分开：

-通过物理距离以及通过使槽在距连接件一定距离处终止，

-通过开有槽的管道之间的物理隔板(21，31)，

并且所述连接件(16)中设有内分隔壁(52)。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，开有槽的管道(15)上在槽(41)的每一侧均设置有裙部(42)以减少冲淡风险。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，沿着开有槽的管道设置有喷嘴以使粘性沉积物变松散。

11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统包括一对在另一对后面地成列布置的若干对开有槽的管道(15)。

12.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统包括彼此并行布置的若干对开有槽的管道(15)，所述若干对开有槽的管道(15)通过物理隔板(31)分隔开。

13.如权利要求8所述的系统，其特征在于，槽(41)的尺寸沿开有槽的管道的长度而改变，集砂器中上游的槽开口大于在下游的槽开口，以对集砂器中颗粒物的尺寸分布的改变进行补偿。

14.如权利要求8所述的系统，其特征在于，连接件(16)包括被设置成可任意控制并且可动的所述内分隔壁(52)，该内分隔壁使相连的开有槽的管道(15)中的水流在连接件(16)的下游立即保持彼此分开。

15.如权利要求8中所述的系统，其特征在于，所述系统包括适用于监控沉积高度的设备，还包括依据所记录的沉积高度自动启动操作以及暂停操作的可选的设备。

16.如权利要求8所述的系统，其特征在于，每对开有槽的管道(15)中的一根管道或两根管道在靠近连接件(16)处设置有阻流阀(22)，以能够逐渐关闭通至连接件(16)的开口。